Kontrollierte Montage von Nanopartikel-Clustern
Nanopartikel sind winzige Materialien, die mindestens eine Dimension unterhalb einer Länge von 100 nm liegen und die einen 10mal kleineren Durchmesser als der einer menschlichen Blutzelle haben. Um das Potenzial von synthetischen Nanopartikeln voll ausschöpfen zu können, bedarf es für maßgeschneiderte Eigenschaften und Funktionen hervorragender Kenntnisse über ihre Synthese und ihre Assemblierung sowie der Möglichkeit zur Regulierung. Die EU-geförderten Wissenschaftler des Projekts UNION (Ultra-versatile nanoparticle integration into organized nanoclusters) machten sich daran, die Technologie zu entwickeln, die erforderlich ist, um Nanopartikel zu steuern. Die kontrollierte Herstellung von hierarchisch geordneten Nanopartikel-Clustern (nanoparticle cluster, NPC) sollte zu einer neuen Generation nanotechnologischer Produkte führen. Das Konsortium von acht multidisziplinären Forschungspartnern, darunter vier Wirtschaftsunternehmen, war bestens qualifiziert, um anwendungsorientierte, skalierbare und kosteneffektive Prozesse zu entwickeln. Die sorgfältige Berücksichtigung von Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsaspekten (environmental, health and safety, EHS) und ein Fahrplan für die Vermarktung sorgten dafür, dass es die Technologien schnell auf den Markt schafften, um europäischen Herstellern und der europäischen Marktwirtschaft ein Höchstmaß an Vorteilen zu bieten. Die Wissenschaftler zielten auf drei Arten von hierarchischen Materialien für die unterschiedlichen Anwendungsbereiche ab. Für biomedizinische Anwendungen wurden individuelle lipidüberzogene magnetische NPC verwendet. Diese sollen zu innovativen Diagnose- und Wirkstoffverabreichungssystemen führen. Unterstützte 2D-Arrays mit plasmonischen/fluoreszierenden NPC für eine fortgeschrittene Hochdurchsatz-Sensorik sowie Beleuchtungsanwendungen stehen in den Startlöchern. 3D-Nanoverbundwerkstoffe für thermoelektrische Systeme (die Strom aus einer Temperaturdifferenz oder umgekehrt erzeugen) sind besonders vielversprechend für die Erzeugung von elektrischem Strom und für die Festkörperkühlung. Es wurden zahlreiche NPC für alle Anwendungen synthetisiert und charakterisiert. Tools zur Unterstützung der Gestaltung und Erstellung der hierarchischen NPC umfassten eine Überwachungstechnik auf der Basis von In-situ-Lichtstreuung, um die Nanopartikelgröße in Echtzeit zu bewerten und dienten der Validierung von Modellen des NPC-Montageprozesses. Um das kommerzielle Potenzial zu gewährleisten, entwickelten die Forscher Protokolle zur Beurteilung der EHS-Faktoren und Lebenszyklusanalysen für die Nanomaterialien. Die Ergebnisse von UNION beinhalten eine große Bibliothek mit neuen Nanopartikeln sowie NPC mit interessanten Eigenschaften, die in einem Maßstab hergestellt wurden, der umweltfreundlichen Prozessen entspricht. Diese Prozesse haben gezeigt, dass sie über ihren Lebenszyklus Umweltauswirkungen reduzieren und wurden einer kommerziellen Bewertung unterzogen. Die neuartigen Montage- und Überwachungstechniken für die Herstellung von maßgeschneiderten hierarchisch geordneten NPC werden es Konstrukteuren und Ingenieuren ermöglichen, neue Geräte in vielen Bereichen mit großer sozioökonomischer Wirkung auszutüfteln und diese zu realisieren. Darüber hinaus sind 26 Beiträge in führenden Peer-Review-Fachzeitschriften veröffentlicht worden.
Schlüsselbegriffe
Nanopartikel, UNION, Nanocluster, Umwelt, Gesundheit und Sicherheit, Nanomaterialien